微型计算机和微处理器的发展 计算机发展概况 电子管 晶体管 集成电路 VLSI第一代 电子管计算机1946年 第一台计算机在美国诞生第二代 晶体管计算机第三代 集成电路计算机微处理器的诞生与发展第四代 超大规模集成电路计算机 Intel公司 Intel公司成立于1968年 创始人 格鲁夫 左 诺依斯 中 摩尔 右 是微电子业界的梦幻组合 摩尔定律 摩尔预言 晶体管的密度每过18个月就会翻一番 这就是著名的摩尔定律 第一代微处理器 4位机和低档8位机 Intel40041971年1月 Intel公司研制成功世界上第一片微处理器芯片Intel4004 微处理器和微机时代从此开始 4004是个四位系统 只有2300个晶体管 时钟频率在108KHz 每秒执行6万条指令 0 06MIPs Intel80081972年4月 开发出第一个8位微处理器Intel8008 第二代微处理器 中 高档8位机 Intel80801973年8月 研制出8位微处理器Intel8080 以N沟道MOS电路取代了P沟道 使用了基于6微米技术的6000个晶体管 主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍 可存取64KB存储器 处理速度为0 64MIPS 第二代微处理器 中 高档8位机 1976年 Intel发布8085处理器当时 Zilog Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立 Zilog公司于1976年开发出Z80微处理器 广泛用于微型计算机和工业自动控制设备 Motorola开发出MC6800微处理器 Apple计算机 1976年 Apple计算机公司开发出微型计算机AppleI AppleII AppleII是第一个带有彩色图形的个人计算机 是IBMPC机问世之前世界上最流行的微型计算机 AppleII及其系列改进机型风靡一时 这使Apple成为微型机时代最成功的计算机公司之一 第三代微处理器 16位机 Intel8086和80881978年 Intel推出4 77MHz的8086微处理器 集成了29000个3微米技术的晶体管 采用16位寄存器和16位数据总线 20位地址总线 1年之后 Intel推出4 77MHz的准16位微处理器8088 它是8086的廉价版本 内部以16位运行 但支持8位数据总线 IBM公司1981年生产的第一台电脑就是使用的这种芯片 1979年 Motorola推出M6800016位微处理器 它因采用了68000个晶体管而得名 IBMPC 1981年8月 IBM公司在纽约宣布第一台IBMPC诞生 这也标志着x86架构和IBMPC兼容电脑的产生 第一台IBMPC采用了主频为4 77MHz的Intel8088 操作系统是Microsoft提供的MS DOS IBM将其命名为 个人电脑 PersonalComputer 其缩写 PC 成为所有个人电脑的代名词 第三代微处理器 16位机 1982年 Intel推出80286处理器 集成了大约13 4万个晶体管 最大主频为20MHz 采用16位数据总线和24位地址总线 两种工作模式 实模式 保护模式 第四代微处理器 32位机 1985年 Intel推出80386微处理器 最高33MHz主频 集成275 000个晶体管 具有32位数据线 32位地址线 可以直接访问4G字节的内存 工作模式 实模式 保护模式 虚拟86模式 可以同时模拟多个8086处理器来加强多任务处理能力 具有比80286更多的指令集 第四代微处理器 32位机 1989年4月 Intel推出80486微处理器 集成了120万个晶体管 使用1微米的制造工艺 486其实就是80386 80387协处理器 8KB一级缓存 是超级版本的386 第五代微处理器 64位机 1993年 英特尔公司的Pentium 奔腾 问世 采用0 6微米工艺 集成310万只晶体管 64位数据线 32位地址线 16KB的cache 采用超标量结构 时钟频率从最初的60MHz 66MHz 一直上升到133MHz 处理速度比486快6 8倍 第五代微处理器 64位机 1995年 Intel推出了PentiumPro处理器 集成了5 5M个晶体管 PentiumPro的工作频率有150 166 180和200MHz四种 都具有16KB的一级缓存和256KB的二级缓存 PentiumPro采用了 PPGA 封装技术 即一个256KB的二级缓存芯片与PentiumPro芯片封装在一起 这样就使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上 第五代微处理器 64位机 1997年 Intel推出PentiumMMX PentiumMMX增加了片内16KB数据缓存 16KB指令缓存和4路写缓存 特别新增加了57条MMX多媒体指令 专门用来处理音频 视频等数据 比普通CPU处理多媒体的能力提高了60 左右 其工作频率有166MHz 200MHz 233MHz三种 第五代微处理器 64位机 1997年4月 英特尔发布了PentiumII处理器 内部集成了750万个晶体管 并整合了MMX指令集技术 PentiumII架构已经从Socket7转成Slot1 并首次引入了S E C封装 SingleEdgeContact 技术 将高速缓存与处理器整合在一块PCB板上 Slot1的PentiumII晶体管数为900万 其工作频率可达333MHz 第五代微处理器 64位机 1999年1月 Intel推出奔腾III处理器 它采用0 25微米制造工艺 拥有32K一级缓存和512K二级缓存 包含MMX指令和Intel自己的 3D 指令SSE 此外其身份代码还可通过Internet读取 1999年10月 Intel推出了基于0 18微米工艺制造的PentiumIII处理器 工作频率高达733MHz 第五代微处理器 64位机 2000年11月 Intel发布了Pentium4 Pentium4采用0 18微米铝导线工艺 主频可达1 7GHz和1 8GHzPentium4抛弃了Intel沿用了多年的P6结构 采用了新的NetBurstCPU结构 其优点 20段的超级流水线 高效的乱序执行功能 2倍速的ALU 新型的片上缓存 SSE2指令扩展集和400MHz的前端总线等 Intel很快又开发出0 13微米工艺的Pentium4芯片 其主频有了很大飞跃 31级流水线设计 配备16KB的一级数据缓存和多达1MB的二级缓存 2004年Intel推出90nm工艺的Pentium4E处理器 集成了1亿个晶体管 支持超线程技术 800MHz前端总线和1MB二级缓存 但工艺的提升 没有使得功耗降低 主频提升 因为芯片中晶体管数量的增加使得二氧化硅绝缘层变得更薄 进而导致泄漏电流 增加了芯片的额外功耗 2005年 Intel迅速推出了65nm工艺的PentiumExtremeEdition955双核处理器 无论在制造工艺还是架构变革方面都有了非常大改进 包括独立的双L2Cache设计 在漏电方面也有非常显著的改进 多核处理器 多核处理器 2007年 Intel推出45nm多核处理器 包括双核 四核共7款芯片 双核版建4 1亿个晶体管 四核版则有8 2亿个晶体管 微架构经强化后 在相同频率下较上代Core产品拥有更高性能 同时L2Cache容量亦提升50 明显提高数据读取执行的命中率 此外 亦加入47条全新IntelSSE4指令 提高多媒体性能和实现高性能运算应用 2010年1月8日 英特尔在北京举行了题为 以智变应万变 的全新32nm双核4线程酷睿处理器 酷睿i7 i5 i3 发布会 酷睿i7 i5处理器拥有独特的英特尔睿频加速技术 能够根据工作负载动态 智能地调节频率和性能 在工作量较大时能实现按需提升频率自动加速 原始主频2 66GHz可加速到3 33GHz 酷睿i7 i5 i3处理器使用英特尔超线程技术 让每个内核同时运行双重任务 实现高效 智能的多任务处理 2010年2月 Intel推出32nm工艺的六核处理器酷睿i7 780 开发代号为Gulftown 主频3 6GHz 搭配12MB三级缓存 每个核心可以运行两个线程 即最多可以同时运行12个线程 此外 还支持DDR3内存 总结 微处理器的发展史虽然不过30余年 但在这30余年里微处理器的发展历程却是天翻地覆的变化 从Intel的4004开始 到Intel AMD Cyrix三足鼎立 到Intel一家独大 再到现在Intel AMD分庭抗衡 CPU将向速度更快 64位结构 多核方向前进 CPU的制作工艺更加精细 90纳米 65纳米 45纳米 32纳米